JP2010054464A

JP2010054464A - 下水管内計測装置及び下水管内計測方法

Info

Publication number: JP2010054464A
Application number: JP2008222290A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 広幸小林; Hiroyuki Tokimoto; 寛幸時本; Yoshiyuki Sakamoto; 義行坂本; Kyosuke Katayama; 恭介片山; Katsuya Yokogawa; 勝也横川; Kazuhiko Kimijima; 和彦君島; Hiroyuki Ohashi; 裕之大橋; Katsuya Yamamoto; 勝也山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】下水の流量データを高精度に計測する。
【解決手段】下水管内計測装置１０は、下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する水位センサ１１・流速センサ１２と、計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように各センサ１１・１２を制御する制御部１３と、下水管１の配管データを記憶するデータ記憶部１４と、計測データと配管データとから、下水管内の下水の流量データを計算する演算処理部１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水の流量データを高精度に計測し得る下水管内計測装置及び下水管内計測方法に関する。

従来から、家庭・工場の排水や大雨などによる水害を防ぐために、下水の流量制御が行われている。

具体的には、水位センサにより計測された水位データに基づいて下水処理センタがポンプを稼動することで、下水道の流量が制御されている。従来の下水道管内計測装置では、定期的に水位センサによる測定を行い、測定結果と配管の情報に基づいて現在の流量を計算している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２４７９１号公報

しかしながら、水位センサによる水位データだけでは、下水の流量データを高精度に求めることは難しく、ポンプを適切に制御できない場合がある。

特に、水位センサを下水に直接入れて計測する場合には、検出部にゴミが付着したり、流木等との衝突により破損したりすることもある。この場合、下水の流量データを適切に求めることができないという問題が生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、下水の流量データを高精度に計測し得る下水管内計測装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する計測手段と、計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように計測手段を制御する制御手段と、下水管の配管データを記憶する記憶手段と、計測データと配管データとから、下水管内の下水の流量データを計算する演算処理手段とを備えた下水管内計測装置を提供する。

＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する計測手段と、計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように計測手段を制御する制御手段と、下水管の配管データを記憶する記憶手段と、計測データと配管データとから、下水管内の下水の流量データを計算する演算処理手段とを備えているので、下水の流量データを高精度に計測し得る下水管内計測装置を提供することができる。

本発明によれば、下水の流量データを高精度に計測することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る下水管内計測装置１０の構成を示す模式図である。

図２と図３とは下水管内計測装置１０の設置状態の一例を示す模式図である。図２は下水管１の側面図であり、図３は正面図である。この下水管内計測装置１０は、下水管１の天井付近の内壁に設置される。

下水管内計測装置１０は、水位センサ１１・流速センサ１２・制御部１３・データ記憶部１４・演算処理部１５・データ出力部１６・データ入力部１７を備えている。

水位センサ１１は、下水管内における下水の水位を非接触で計測するものである。例えば、水位センサ１１は、超音波により下水の水面までの距離を計測し、この計測した距離を下水管１の直径から引くことで水位データを算出する。

流速センサ１２は、下水管内における下水の流速データを非接触で計測するものである。例えば、流速センサ１２は下水管１の天井付近の風速を計測し、この計測した風速を所定の対応関係に基づいて換算することで、流速データを算出する。

制御部１３は、下水管内計測装置１０における信号処理を制御するものである。例えば、制御部１３は、水位データ及び流速データの計測を計測サイクル毎に実行するように水位センサ１１及び流速センサ１２を制御する。なお、制御部１３が計測サイクル毎に計測するように制御するので、常時計測する制御に比して、消費電力を抑えることができる。

データ記憶部１４は、下水管１の配管データや自己の識別情報等を記憶するメモリである。配管データには、配管の設置場所や配管の大きさ等を示すデータが含まれる。

演算処理部１５は、下水管内計測装置１０における演算処理を実行するものである。具体的には、演算処理部１５は、データ記憶部１４から配管データを読み出し、その配管データと水位データ及び流速データとから、下水管１内の下水の流量データを計算する。

データ出力部１６は、図４に示すように、演算処理部１５により計算された流量データを、自己の識別情報とともに他の下水管内計測装置に出力するものである。ただし、データ出力部１６は、他の下水管内計測装置ではなく、下水処理センタ５に計測データを出力することもある（後述する図６参照）。

データ入力部１７は、他の下水管内計測装置から出力された計測データの入力を受け付けるものである。ここでは、データ入力部１７は、上流側に設置された下水管内計測装置から水位データ・流速データ・流量データ等を受け取っている。

次に本実施形態に係る下水管内計測装置１０の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。

下水管内計測装置１０では所定の計測時刻になると、制御部１３により水位センサ１１等が制御され、各種データの計測が開始される（Ｓ１−Ｙｅｓ）。具体的には、水位センサ１１により水面までの距離が計測され、水位データが算出される（Ｓ２）。また、同じタイミングで流速センサ１２により下水管内の流速データが計測される（Ｓ３）。

続いて、演算処理部１５により、データ記憶部１４から配管データが読み出される（Ｓ４）。そして、演算処理部１４において、水位データ及び流速データと配管データとから、下水の流量データが計算される（Ｓ５）。

演算処理部１４により流量データが計算されると、制御部１３の制御によりデータ出力部１６を介して、計算された流量データと自己の識別番号とが他の下水管内計測装置に出力される（Ｓ６）。

以上説明したように、本実施形態に係る下水管内計測装置１０は、下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する水位センサ１１・流速センサ１２と、計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように各センサ１１・１２を制御する制御部１３と、下水管１の配管データを記憶するデータ記憶部１４と、計測データと配管データとから、下水管内の下水の流量データを計算する演算処理部１５とを備えているので、下水の流量データを高精度に計測することができる。要するに、下水管内計測装置１０は、水位データだけでなく流速データも用いて流量データを求めるので、流量データの値を高精度に算出することができる。

また、下水管内計測装１０は、各種データを非接触で計測するのでゴミ等が付着することもなく、精度が悪化したり、センサが破損したりすることがない。

また、下水管内計測装置１０は、演算処理部１５により計算された流量データを、自己の識別情報とともに他の下水管内計測装置に出力するデータ出力部１６を備えているので、いわゆるマルチホップ伝送が可能である。補足すると、下水管内計測装置１０によれば、図６に示すように、複数の下水管内計測装置１０を順次経由して下水処理センタ５に計測データを受け渡すことができる。そして、下水処理センタ５においては、受け取った計測データに基づいてポンプ６を制御することが可能となる。

なお、本実施形態においては、制御部１３が、水位データ及び流速データの計測を計測サイクル毎に実行するように水位センサ１１及び流速センサ１２を制御するので、常時計測する制御に比して、消費電力を抑えることができる。この結果、下水管内でバッテリーによる長時間計測が可能となる。下水管１はメンテナンスが容易ではないため消費電力の抑制が必要とされており、本実施形態に係る下水管計測装置１０によれば、この要求を満たすことができる。

なお、下水管内計測装置１０においては、制御部１３が、水位センサ１１により計測された水位データが上昇した場合、計測サイクルを短くするように各センサ１１・１２を制御してもよい。具体的には図7に示すように、制御部１３が、所定の水位設定値と水位データとの比較を行ない（Ｔ１）、水位データが水位設定値を超えた場合には計測サイクルを変更する（Ｔ２）。このような制御により、雨水時に満水等が生じることを早急に検知することができ、満水前にポンプ６を稼動するなどの対応が可能となる。

また、下水管内計測装置１０は、下水管内の上流側に設置された他の下水管内計測装置による計測データをデータ入力部１７を介して受け付けた場合、その受け付けた計測データに応じて、制御部１３が計測サイクルを変更するものであってもよい。例えば、制御部１３は、上流における下水の水位データが上昇した場合、各センサ１１・１２の計測サイクルを短くするように制御する。このような制御により、上流で異常が生じたことを迅速に検知できるようになる。

＜第２の実施形態＞
図８は本発明の第２の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕの構成を示す模式図である。なお、既に説明した部分と同一部分には略同一符号を付し、特に説明がない限りは重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本実施形態では、流速センサ１２Ｕが、図９に示すように、下水管１の上流側から順にヒーター２１と温度センサ２２とを備えている。なおヒーター２１と温度センサ２２との間隔は１ｍｍ程度である。

また、本実施形態では、演算処理部１５が、ヒーター２１の電源のオンオフに応じ、温度センサ２２により計測される温度データの減少量に基づいて流速データを算出する。

補足すると、ヒーター２１で暖められた空気の温度は下水管内の風の影響で下がることになる。そこで、ヒーター２１の風下に温度センサ２２を設置することで風の影響による温度減少分を検出することができる。それゆえ、温度減少分から風速が求められ、風速から流速が換算される。なお、このような換算を適用するためには、空気の温度が一定であることが条件とされる。この点、下水管内の温度は通常１年を通して２０℃〜２５℃程度であり、一定した温度であるとみなすことができる。また、水位上昇した場合に温度変化が少なければ、家庭・工場による排水や降雨による影響であると判定して、計測サイクルを調整することもできる。

すなわち、本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕでは、図１０に示すように、ヒーター２１の電源がオンである場合（Ｕ１−Ｙｅｓ）、温度センサ２２による温度データの検出を行ない（Ｕ２）、ヒーター２１との温度差を求め（Ｕ３）、その温度差から流速データを算出している（Ｕ４）。これにより高精度に流速データを求めることができる。結果として、水位データだけでなく流速データに基づいて、高精度に下水の流量データを算出することができる。

なお、本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕにおいて、ヒーター２１の電源をオフとし、温度センサ２２のみを使用することで、下水の温度の推定値を求めることも可能である。

＜第３の実施形態＞
図１１は本発明の第３の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｖの構成を示す模式図である。

本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｖは、第２の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕが、下水管１の傾斜データを計測する傾斜センサ３０を備えている。

また、本実施形態では、制御部１３Ｖが、図１２に示すような制御を行なう。すなわち、傾斜センサ３０により傾斜データが検出され（Ｖ１）、その傾斜データが所定の傾斜設定値を超えた場合（Ｖ２−Ｙｅｓ）、制御部１３Ｖは傾斜データを流量データとともに外部に出力する（Ｖ３，Ｖ４）。一方、傾斜データが所定の傾斜設定値を超えない場合は、制御部１３Ｖは傾斜状態に変化が無い旨を示すデータを出力する（Ｖ２−Ｎｏ，Ｖ５）。

上述したように、本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｖは、下水管１の傾斜データを計測する傾斜センサ３０を備えているので、配管傾斜の経年変化や地盤沈下・地震による配管傾斜の変化を検知することができる。それゆえ、下水管１の保守や交換を効率的に行うことができ、下水道の健全性を維持することができる。

なお、傾斜データに基づいて、下水管内計測装置１０Ｖ自体が落下したことなども検知することができる。

＜第４の実施形態＞
図１３は本発明の第４の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｗの構成を示す模式図である。

本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｗは、第２の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕが補正部４０を備えたものである。

補正部４０は、水位データを温度データに基づいて補正するものである。補足すると、水位センサ１１が超音波により距離を計測しているときには、その計測値は温度の影響を受けることになる。そのため、水位データの計測値を補正する必要が生じる。

具体的には、補正部４０は、図１４に示すように、温度センサ２２による温度データが所定の温度設定値を超えた場合（Ｗ１−Ｙｅｓ）、水位データの補正を行なう（Ｗ２）。なお、補正部４０は、第２の実施形態における流速センサ１２Ｕを構成する温度センサ２２が計測する温度データを用いて、所定の対応関係に基づき水位データを補正する。

上述したように、本実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｗは、水位データを、温度データに基づいて補正する補正部４０を備えているので、高精度に水位データを算出することができる。結果として、水位データと流速データとに基づいて、高精度に流量データを算出することができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る下水管内計測装置１０の構成を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０の設置状態の一例を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０の設置状態の一例を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置間のデータの入出力状態を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。同実施形態に係る下水管内計測装置１０の使用状態の一例を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０の変形例の動作を説明するためのフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕの構成を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕの設置状態の一例を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｕの動作を説明するためのフローチャートである。本発明の第３の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｖの構成を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｖの動作を説明するためのフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｗの構成を示す模式図である。同実施形態に係る下水管内計測装置１０Ｗの動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１・・・下水管、５・・・下水処理センタ、６・・・ポンプ、１０・・・下水管内計測装置、１１・・・水位センサ、１２・・・流速センサ、１３・・・制御部、１４・・・データ記憶部、１５・・・演算処理部、１６・・・データ出力部、１７・・・データ入力部、２１・・・ヒーター２１、２２・・・温度センサ、３０・・・傾斜センサ、４０・・・補正部。

Claims

下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する計測手段と、
前記計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように前記計測手段を制御する制御手段と、
前記下水管の配管データを記憶する記憶手段と、
前記計測データと前記配管データとから、前記下水管内の下水の流量データを計算する演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１に記載の下水管内計測装置において、
前記演算処理手段により計算された流量データを、自己の識別情報とともに他の下水管内計測装置に出力するデータ出力手段
をさらに備えたことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１または請求項２に記載の下水管内計測装置において、
前記制御手段は、前記計測手段により計測された水位データが上昇した場合、前記計測サイクルを短くする
ことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の下水管内計測装置において、
前記計測手段は、ヒーターと温度センサとから流速データを計測する
ことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の下水管内計測装置において、
前記計測手段は、前記下水管の上流側から順にヒーターと温度センサとを備え、該ヒーターの電源のオンオフに応じ、該温度センサにより計測される温度データの減少量に基づいて流速データを計測する
ことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の下水管内計測装置において、
前記下水管の傾斜データを計測する手段
をさらに備えたことを特徴とする下水管内計測装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の下水管内計測装置において、
前記水位データを、温度データに基づいて補正する補正手段
をさらに備えたこと特徴とする下水管内計測装置。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の下水管内計測装置において、
前記下水管内の上流側に設置された他の下水管内計測装置による計測データの入力を受け付けるデータ入力手段と、
前記他の下水管内計測装置による計測データに応じて、計測サイクルを変更する手段と、
を備えたことを特徴とする下水管内計測装置。
下水管の配管データを記憶する下水管内計測装置に用いられる下水管内計測方法であって、
前記下水管内の水位データと流速データとを含む計測データを非接触で計測する計測ステップと、
前記計測データの計測が計測サイクル毎に実行されるように制御する制御ステップと、
前記下水管の配管データを読み出すステップと、
前記計測データと前記配管データとから、前記下水管内の下水の流量データを計算する演算処理ステップと、
を備えたことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９に記載の下水管内計測方法において、
前記演算処理ステップにより計算された流量データを、自己の識別情報とともに他の下水管内計測装置に出力するデータ出力ステップ
をさらに備えたことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９または請求項１０に記載の下水管内計測方法において、
前記制御ステップは、前記計測ステップにより計測された水位データが上昇した場合、前記計測サイクルを短くする
ことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の下水管内計測方法において、
前記計測ステップは、ヒーターと温度センサとから流速データを計測する
ことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の下水管内計測方法において、
前記計測ステップは、前記下水管の上流側に設置されたヒーターの電源のオンオフに応じ、下流側に設置された温度センサにより計測される温度データの減少量に基づいて流速データを計測する
ことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の下水管内計測方法において、
前記下水管の傾斜データを計測するステップ
をさらに備えたことを特徴とする下水管内計測方法。
請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の下水管内計測方法において、
前記水位データを、温度データに基づいて補正する補正ステップ
をさらに備えたこと特徴とする下水管内計測方法。
請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の下水管内計測方法において、
前記下水管内の上流側に設置された他の下水管内計測装置による計測データの入力を受け付けるデータ入力ステップと、
前記他の下水管内計測装置による計測データに応じて、計測サイクルを変更するステップと、
を備えたことを特徴とする下水管内計測方法。